天津市科技进步奖获奖项目简介


由天津大学,天津第一机床总厂,天津市天锻压力机有限公司等完成

复杂机械系统多体动力学分析设计方法及其应用


装备制造业是建设创新型国家的重要基础,也是国家中长期科学和技术发展规划纲要中的重要内容之一。虚拟样机技术是装备设计中广泛应用的有效方法之一,涉及制造装备、航空、航天、海洋装备、国防装备等领域。该技术将离散的零部件设计和优化分析技术(如: CAD 、 MBS 、 FEA 、 CFD 等)结合在一起,在计算机上构建产品的整机模型,并针对该产品的各种工况进行仿真分析,预测产品的整机性能,进而改进产品设计、提高产品性能的新技术。而虚拟样机技术的理论核心是多体系统动力学理论(MBS)。多体系统是对复杂机械系统的高度抽象和概括。齿轮加工机床、锻压机床、空间对接机构、车辆、海洋潜标等都是典型的多体系统。多体系统理论可以清晰地描述这些复杂机械系统力学行为与动态特性。多体系统动力学与有限元、振动理论、流体力学、强度理论、计算机技术等相结合是现代机械系统动力学分析与设计的基石。
  本项目的主要特点是:
1、基于传统的确定性多体理论,建立了不确定性动力学分析设计模型,并应用于实际工程系统,提高了齿轮机床加工精度、量化了对接机构可靠性。
2、提出刚性、弹性、塑性耦合设计建模方法,实现了万吨液压机四角调平机构动态设计,提出了新型轿车车身单面铆接工艺。
3、应用流体-固体耦合分析设计建模方法,考虑海洋复杂多变环境,成功设计海洋潜标系统,提高了大型舰船关键位置精度。
   此外,项目提出的设计理论和方法在下列典型的工程系统设计中得到有效应用:包括:数控齿轮机床、液压机、铸造自动化生产线的精度模型与建模仿真研究;航天器太阳能帆板展开过程动力学行为分析;水下缆索、海洋浮标、大型舰船的固流耦合多体建模与试验方法研究;大型柔性覆盖件的快速定位与连接设计与分析。
  该项理论研究和设计方法,对指导复杂机械系统与装备设计具有重大意义,其应用成果已取得发明专利6项、实用新型专利20项,在国内外学术期刊发表论文23篇,实现直接新产品销售收入5亿元、利税 1.6亿元。
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